hormigon i

HORMIGÓN IIntroducción: hormigón y

aceroFilosofía del diseño sísmico.

Demanda sísmica -Resistencia de los miembros.

Por Ing. Civil Jonathan LaoGarcía.

Introducción: hormigón y acero:

El hormigón es un material conaspecto de piedra y se debe a lamescla cuidadosamente proporcionadaentre el cemento arena, grava u otrosáridos y agua, se endurece dentro demoldes de forma y dimensiones de laestructura deseada. en ocasiones, unoo más aditivos se agregan paracambiar ciertas características delhormigón, tales como la ductilidad,durabilidad y tiempo de fraguado.

Ventajas del hormigón armado

como material estructural

El hormigón armado esprobablemente el material disponiblemás importante para la construcción.Puede usarse en una u otra formapara casi todas las estructuras,grandes o pequeñas —en edificios,puentes, pavimentos, presas, murosde retención, túneles, instalaciones dedrenaje e irrigación, tanques,etcétera.El gran éxito de este materialuniversal en la construcción puedeentenderse fácilmente si seconsideran sus numerosas ventajas.Algunas de éstas son las siguientes:

1.Tiene una resistencia considerable ala compresión en comparación conmuchos otros materiales.2. El concreto reforzado tiene granresistencia a las acciones del fuego yel agua.3. Las estructuras de concretoreforzado son muy rígidas.4. Requiere de poco mantenimiento.5. Comparado con otros materiales,tiene una larga vida de servicio. Bajocondiciones apropiadas.6 Una característica especial delconcreto es la posibilidad de colarloen una variedad extraordinaria deformas que van desde simples losas,vigas y columnas, hasta grandes arcosy cascarones.

Fig. 2 Elementos de una

edificación de hormigón

armado

Fig. 1 Elementos de una

edificación de hormigón

armado

Desventajas del hormigón armado

como material estructural

Para usar con éxito el concreto, elproyectista debe estar completamentefamiliarizado con sus puntos débiles,así como con sus puntos fuertes.Algunas de sus desventajas son lassiguientes:1. El concreto tiene una resistenciamuy baja a la tensión, por lo querequiere el uso de un refuerzo detensión.2. Se requieren encofrados paramantener el concreto en posiciónhasta que se endurezca lo suficiente.Además, pueden requerirse obrasfalsas o apuntalamiento para apoyarlos encofrados de techos, muros, ypisos.

3. Baja resistencia por unidad de pesoinduce a tener elementos pesados, esdecir, se emplea mas material.4. similarmente, la baja resistenciapor unidad de volumen hacen de quelos elementos sean mas grandes, en elcasos de edificaciones altas, o clarosmuy grandes.

Obras Hidráulicas de

hormigón armado.

Túneles de hormigón

armado.

Apuntalamiento de

cubierta inclinada

Apuntalamiento de

vigas de hormigón

Encofrado para cubierta

de hormigón.

Cubierta de hormigón

aligerada.

Propiedades del Hormigón

Resistencia y Deformación

en Compresión

El comportamiento de una estructurabajo carga depende de gran manerade la relación tensión-deformación delmaterial que se compone bajo el tipode tensiones a que el material estasometido en la estructura. Como elhormigón se lo utiliza principalmenteen compresión su curva tensióndeformación es de gran interés. Estacurva se obtiene mediante medicionesadecuadas de la deformación enensayos de probeta cilíndrica o en ellado de compresión de las vigas.

Fig. 3 Diagramas de

Esfuerzo deformación

para cargas de corto

plazo.

Las curvas de esfuerzo-deformación unitaria de la figura 3

representan los resultados obtenidos en pruebas de compresión en

cilindros estándares de resistencias variables a los 28 días. Deben

estudiarse cuidadosamente estas curvas, ya que muestran varios

puntos importantes:

a) Las curvas son aproximadamenterectas, mientras la carga crece de ceroa poco más o menos de un tercio a unmedio de la resistencia última delconcreto.b) Más allá de este intervalo, elcomportamiento del concreto es nolineal.c) Es de particular importancia elhecho de que todos los concretos,independientemente de susresistencias, alcanzan sus resistenciasúltimas bajo deformaciones unitariasde aproximadamente 0.002.d) El concreto no tiene una resistenciaa la fluencia plástica definida; másbien, las curvas se comportansuavemente hasta sus puntos deruptura bajo deformaciones unitariasde entre 0.003 y 0.004.

Módulo de elasticidad del hormigón

Efecto de la edad sobre laresistencia a compresión f’c.

Curva esfuerzo-deformación,correspondientes a distintasvelocidades de carga.

Acero de Refuerzo

El refuerzo usado en las estructurasde concreto puede ser en forma devarillas o de malla soldada de alambre(electrosoldada). Las varillas puedenser lisas o corrugadas. Las varillascorrugadas, que tienenprotuberancias en sus superficies (lospatrones difieren según losfabricantes) para aumentar laadherencia entre el hormigón y elacero. se usan en casi todas lasaplicaciones. El alambre corrugado esdentado y no con protuberancias porlaminado. Las varillas lisas no se usancon frecuencia, excepto para rodearlas varillas longitudinales, sobre todoen columnas.

Fig. 4 Grados de Acero

Comerciales.

Tabla. 1 Tamaños y áreas de las varillas de refuerzo.

Aspectos generales del diseño

sísmico

Todo proyecto se inicia con laidentificación de una necesidad querequiere algún tipo de construcciónpara ser ejecutada, para lo cual serealizará un estudio socio económicoque demuestre su factibilidad.El lugar donde se construirá la nuevaedificación no suele estar en discusiónaunque sea en una zona de altasismicidad. Toda edificación debediseñarse y construirse conespecificaciones que ofrezcangarantías en cuanto a su seguridad,funcionalidad, estética, factibilidad yeconomía.

Filosofía del diseño sismo-

resistente

Podemos marcar los siguientes criterios dediseño que permiten definirconceptualmente la acción sísmica.- Las estructuras deben resistir en el

rango lineal elástico todos aquellossismos de intensidad reducida queocurran en su vida útil.

- La estructura debe resistir sin dañossignificativos aunque admitiendo que sepodría comportar de manera no linealtodos aquellos sismos de intensidadmoderada que ocurran durante su vidaútil. Se permiten daños menores comoalgún fisuramiento a flexión en elhormigón y pequeñas incursiones defluencia en el acero de vigas y losas.

- La estructura debe resistir en el rango nolineal un sismo severo que ocurra una solavez durante su vida útil. Se admiten dañossignificativos en los elementosestructurales más no el colapso de laestructura. El nivel de daño en laestructura depende de la importancia de laedificación como lo establece la normaecuatoriana de la construcción NEC-13capítulo 2.

Fig. 5 Colapso de estructuras ante

sismos.

Comportamiento de la estructura ante registro de

aceleraciones Pisco-Perú.

Datos registro zona Pisco:Duración: 218.07 segundosPGA : 0.30g

Demanda sísmica

El ingeniero calculista debe tener encuenta tres solicitaciones para el diseñosismo resistente de una edificación. Paraello la estructura debe tener:

- Resistencia suficiente para soportar lacombinación de efectos producidos porcargas verticales, viento o sismo.

- Rigidez adecuada para que susdeformaciones, bajo esos efectos, nosean excesivas, con lo cual se evita elpánico entre los ocupantes al menos entemblores de baja intensidad, dondetambién se reduce el daño a elementosno estructurales e instalaciones.

- Ductilidad suficiente para que en casode que las cargas del sismo llegasen asuperar los valores estimados para eldiseño, la estructura se deforme en elrango inelástico, con graves daños enlos elementos estructurales y noestructurales, pero sin colapsar.

Otro concepto de ductilidad es lacapacidad que tiene la estructura paradeformarse en el rango inelástico sinllegar al colapso.

Consideraciones sobreresistencia

de los miembrosDesarrollo de la resistencia de losmiembros.Para el diseño es necesario evaluar loslímites posibles superior e inferior de laresistencia probable de los componentesestructurales. Por ejemplo, en la uniónviga-columna en un pórtico continuo, paraevitar la falla de la columna con susposibles consecuencias catastróficas,siempre es conveniente que se desarrollela resistencia de la viga antes que laresistencia de la columna, es decir, que laviga falle a flexión a que la columna encompresión.

Se han hecho ciertas suposiciones en ladeducción de las ecuaciones de laresistencia, por lo que es difícil calcularcon exactitud la resistencia real de laestructura; sin embargo, es posible definirniveles de resistencia probable de losmiembros, las que se pueden utilizar endistintos tipos de diseño. En lo siguiente sedefinen los niveles de resistencia ideal,resistencia confiable, y sobrerresistencia.- Resistencia confiable (Sd), es la

demanda de resistencia que surge de laaplicación de las cargas o fuerzas en laestructura. El factor de reducción decapacidad permite relacionar laresistencia confiable (Sd) con laresistencia ideal mediante la expresión:

Sd = φSi

- Resistencia probable (Sp), se toma enconsideración que las resistencias de losmateriales generalmente son mayoresque las especificadas. Se puederelacionar la resistencia probable con laresistencia ideal mediante la expresión:

Sd = φd*Si- Sobrerresistencia (So), toma en cuenta

todos los valores posibles que puedenprovocar aumentos de resistencia; éstasincluyen una resistencia del acero máselevada que la de cedencia especificada,de igual manera con el hormigón. Sepueden relacionar la sobrerresisntenciacon la resistencia ideal mediante laexpresión.

So = φo*Si

BIBLIOGRAFIA.

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